Какой тип алюминиевой полосы с цветным покрытием устойчив к ржавчине и выцветанию для использования в прибрежных зонах с высокой соленостью?

Абстрактный

Прибрежные районы с высокой соленостью характеризуются постоянными солевыми брызгами, интенсивным ультрафиолетовым (УФ) излучением, высокой влажностью и чередованием циклов «сухой-влажный», которые вызывают быструю ржавчину подложки, отслаивание покрытия и выцветание алюминиевых полос с обычным цветным покрытием. В этой статье систематически анализируются механизмы коррозии под воздействием окружающей среды, сравниваются основные подложки из алюминиевых сплавов и системы органических покрытий, а также определяется оптимальный композитный тип алюминиевых полос с цветным покрытием, обладающий длительной защитой от ржавчины и выцветания. Соответствующие данные испытаний на воздействие солевого тумана и атмосферных воздействий ASTM приводятся в качестве обоснования рекомендаций по выбору материалов для прибрежных архитектурных, портовых и морских вспомогательных объектов.

1. Механизмы коррозии и затухания в прибрежных районах с высокой соленостью

1.1 Электрохимическая ржавчина, вызванная солью

Прибрежные соляные брызги содержат от 3% до 5% частиц хлорида натрия, которые плотно прилипают к поверхности алюминиевых полос. Эти частицы поглощают влагу из воздуха, образуя проводящую пленку солевого электролита. Алюминиевые подложки подвергаются анодному растворению в этом электролите, вызывая локальную точечную коррозию, а не равномерную поверхностную ржавчину. В отличие от углеродистой стали, алюминиевые полосы редко образуют видимую красную ржавчину, но образуют белые порошкообразные продукты коррозии гидроксида алюминия, которые нарушают структурную целостность и нарушают адгезию покрытия. Согласно испытаниям в солевом тумане ASTM B117, на полосах из чистого алюминия 1000-й серии без покрытия появляются явные язвы уже после 700 часов непрерывного воздействия солевого тумана.

1.2 Выцветание и деградация покрытия под действием УФ-излучения

Океанская вода отражает более 40% солнечных УФ-лучей, удваивая интенсивность УФ-излучения на прибрежных материалах. Молекулярные цепи обычных полиэфирных покрытий содержат нестабильные эфирные связи, которые разрушаются при длительном УФ-облучении. Это приводит к трем последовательным отказам: мелению покрытия, разложению пигмента и неравномерному выцветанию цвета. В тропических прибрежных зонах стандартные алюминиевые полосы с полиэфирным покрытием теряют более 30% исходной насыщенности цвета в течение 5 лет, что сопровождается образованием микроскопических трещин, которые позволяют ионам солей проникать к алюминиевой подложке.

2. Выбор антикоррозионной алюминиевой подложки для использования в прибрежных зонах.

Характеристики покрытия не могут компенсировать присущие дефекты подложки, поэтому подложки из морского алюминиевого сплава являются обязательными для сценариев с высокой соленостью. Ниже сравниваются три основные серии:

2.1 Сплав Al-Mg 5052 (подложка первого выбора)

Сплав 5052 содержит 2,2–2,8% магния и менее 0,1% меди. Низкое содержание меди исключает риск гальванической коррозии в соленой среде, а магний способствует образованию плотных пассивных оксидных пленок на алюминиевых поверхностях. Его закалы H32 и H34 сочетают в себе структурную жесткость и формуемость при изгибе, что позволяет обрабатывать прокатанную алюминиевую полосу. Полевые данные показывают, что алюминиевые подложки 5052 без покрытия устойчивы к коррозии солевым туманом в течение более 2000 часов, что в три раза превышает долговечность обычных алюминиевых полос 3003.

2.2 Неквалифицированные субстраты, которых следует избегать

Чистый алюминий 1060 имеет слабую стабильность пассивной пленки и быстро подвергается точечной коррозии в циклическом солевом тумане. Алюминий 6061 содержит присадки с высоким содержанием меди, которые ускоряют электрохимическую коррозию при воздействии прибрежных ионов хлорида. И то, и другое запрещено для постоянно открытых прибрежных алюминиевых полос с цветным покрытием и применимо только для полностью защищенных внутренних прибрежных сценариев.

3. Сравнение систем органических покрытий, устойчивых к выцветанию.

На основе стандартов архитектурных покрытий AAMA 2603/2604/2605 три основные системы рулонного покрытия оцениваются на предмет антикоррозионных свойств и устойчивости к выцветанию:

3.1 Покрытие ПВДФ (поливинилиденфторид): оптимальное прибрежное покрытие

Коммерческая формула ПВДФ 70/30 (70% фторполимерной смолы + 30% акриловой клейкой смолы) имеет сверхстабильные ковалентные связи углерод-фтор с энергией связи, намного превышающей энергию УФ-фотонов, что предотвращает разрыв молекулярной цепи. Стандартные двухслойные покрытия из ПВДФ двухслойного спекания общей толщиной 25-28 мкм включают в себя бесхроматную конверсионную грунтовку и фторуглеродное верхнее покрытие. Испытание в солевом тумане подтверждает отсутствие ржавчины на поверхности и образования пузырей на покрытии после 5000 часов непрерывного воздействия. После 25 лет эксплуатации на открытом воздухе в прибрежных зонах цветовая разница ΔE остается ниже 2,0, что соответствует строгим требованиям по защите от выцветания. Он сертифицирован AAMA 2605, стандартом берегового покрытия самого высокого уровня.

3.2 Покрытие SMP (силикон-модифицированный полиэстер): вариант для защищенного прибрежного района среднего уровня.

В покрытиях SMP к обычному полиэстеру добавляются силиконовые мономеры для улучшения устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Срок его службы достигает 12-15 лет в защищенных прибрежных зонах с непрямым солевым туманом. Однако его солеустойчивость ограничена: после 2200 часов испытаний в солевом тумане у него появляется местное отслаивание покрытия, поэтому его нельзя использовать для поверхностей, открытых с наветренной стороны моря.

3.3 Покрытие PE (чистый полиэстер): только для внутреннего или полностью закрытого использования.

Полиэтиленовые покрытия отличаются низкой стоимостью и отличными характеристиками при изгибе, но плохой устойчивостью к атмосферным воздействиям. В наветренных прибрежных зонах в течение 3-5 лет происходит явное выцветание, а ионы солей проникают в щели покрытия, вызывая точечную коррозию подложки. Это не рекомендуется для любых сценариев воздействия высокой солености.

4. Окончательный рекомендуемый тип продукта

Единственная интегрированная алюминиевая полоса с цветным покрытием, отвечающая как долговременным требованиям по защите от ржавчины, так и по защите от выцветания для наветренных прибрежных зон с высокой соленостью, - это алюминиевая подложка 5052-H32 с двухслойным покрытием из ПВДФ с двумя обжигами . Подробные технические параметры стандартизированы следующим образом:

• Подложка: алюминиевая полоса АА5052-H32 толщиной 0,4-2,0 мм, соответствующая стандарту EN 485.

• Предварительная обработка поверхности: конверсионная обработка без хромата для улучшения адгезии покрытия и устойчивости кромочной коррозии.

• Структура покрытия: эпоксидная антикоррозийная грунтовка 5-8 мкм + финишное покрытие ПВДФ 20 мкм, двустороннее покрытие.

• Показатели производительности: нейтральная стойкость к солевому туману более 5000 часов, разница в цвете ΔE≤1,8 после 10-летнего ускоренного испытания на атмосферное воздействие.

5. Рекомендации по установке и техническому обслуживанию вспомогательных устройств.

Даже сертифицированные алюминиевые полосы 5052 с покрытием из ПВДФ подвергаются риску коррозии на режущих кромках и в местах царапин. При строительстве на месте необходимо использовать клей для герметизации кромок всех поперечных сечений, чтобы блокировать проникновение ионов солей. При контакте с крепежными деталями из углеродистой стали необходимо использовать нейлоновые изолирующие прокладки во избежание гальванической коррозии. Регулярное техническое обслуживание требует только ежегодной промывки пресной водой для удаления отложений солей, без необходимости перекраски в течение 20 лет.

6. Заключение

В прибрежных районах с высокой соленостью, сильным УФ-излучением и солевыми брызгами обычные алюминиевые полосы с цветным покрытием PE и SMP не могут удовлетворить долгосрочные требования по защите от ржавчины и выцветания. Соответствующее сочетание подложки из алюминиевого сплава морского класса 5052-H32 и двухслойного покрытия из ПВДФ с двумя обжигами, сертифицированного AAMA 2605, обеспечивает исключительную долговечность. Для защищенных береговых вспомогательных сооружений с низкой интенсивностью воздействия алюминиевые полосы 5052 с покрытием SMP являются экономически эффективной альтернативой, в то время как изделия с покрытием из чистого полиэстера должны быть полностью исключены из списков прибрежных материалов.